JP2007057238A

JP2007057238A - センサ

Info

Publication number: JP2007057238A
Application number: JP2005239486A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Yamauchi; 重徳山内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】パッケージの外部に防振機構を備えることなく振動による影響を緩和できるセンサを提供する。
【解決手段】キャビティ１２ａ内でゲル状物質２２を介してセンサチップ２８を搭載する回路チップ２４を支持する。このため、パッケージ１２の外部に防振機構を備えることなく振動による影響を緩和できる。ここで、外部からの振動を受けた際に、ゲル状物質２２を介して支持されたセンサチップ２８は、キャビティ１２ａの中で相対的に変位するが、端子板２０全体及び先端２０ａが揺動することでボンディングワイヤ３０に掛かる張力を緩和し、ボンディングワイヤ３０断線等による故障を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージにセンサチップを収容してなるセンサに関し、特に、ジャイロセンサ等の力学量を測定するセンサチップに好適に用い得るセンサに関するものである。

従来より、ジャイロセンサ（角速度センサ）として、振動式角速度センサが用いられている。該振動式角速度センサでは、予め定められた基準方向に振動する振動子に角速度が作用したとき、基準振動方向と直交する検出方向へのコリオリカに基づく新たな振動成分を検出し、該振動成分に基づいて角速度情報を出力するものである。特許文献１に係る振動式角速度センサが開示されている。また、特許文献２には、容量式半導体力学量センサが開示されている。

上述した振動式角速度センサで、角速度が作用したときの基準振動方向と直交する検出方向への変位量は、数オングストローム程度であるため、非常に大きなゲインを掛けて角速度演算している。従って、センサチップに振動が加わると、角度情報に誤成分が重畳するため、センサチップを搭載するパッケージに対して防振構造を取ることが必須となる。
特開２００４−３１７４８４号公報特開２００５−９８７４０号公報

しかしながら、従来技術では、センサの防振構造としてパッケージの外部に防振ゴムを設けていたため、振動するパッケージの出力端子に対して接続を取るために、フレキシブルケーブルを用いており、コストが高いものになっていた。更に、防振ゴムのため、センサが大型化するという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、パッケージの外部に防振機構を備えることなく振動による影響を緩和できるセンサを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、センサチップ２８と、センサチップ２８の収容室１２ａを備えるパッケージ１２と、可撓性を有し該収容室１２ａへ延在する端子板２０と、前記センサチップ２８と前記端子板２０とを接続するボンディングワイヤ３０と、前記収容室１２ａ内でセンサチップ２８を支持する緩衝部材２２とを備えることを技術的特徴とする。

また、請求項９の発明は、センサチップ２８と、該センサチップ２８を搭載する回路チップ２４と、該センサチップ２８及び回路チップ２４の収容室１２ａを備えるパッケージ１２と、回路チップ２４の端子２４ｔと接触する端子針４０と、前記収容室１２ａ内でセンサチップ２８を支持する緩衝部材２２とを備えることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、収容室１２ａ内で緩衝部材２２を介してセンサチップ２８を支持するため、パッケージ１２の外部に防振機構を備えることなく振動による影響を緩和できる。ここで、外部からの振動を受けた際に、緩衝部材２２を介して支持されたセンサチップ２８は、収容室１２ａの中で相対的に変位するが、可撓性を有する端子板２０を介してボンディングワイヤ３０によりセンサチップ２８へ接続を取ってあるので、端子板２０が揺動することでボンディングワイヤ３０に掛かる張力を緩和し、ボンディングワイヤ３０の断線等による故障を防ぐことができる。

請求項２の発明では、緩衝部材２２がゲル状物質からなるため、パッケージ１２に掛かる振動を吸収してセンサチップ２８が振動の影響を受けなくすることができる。

請求項３の発明では、ゲル状物質がセンサチップ２８の中央部分の直下を避けて配置されているため、パッケージ１２に掛かる振動を効率的に吸収してセンサチップ２８が影響を受けなくすることができる。

請求項４の発明では、ゲル状物質が、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の側壁を支持するように配置されているため、センサチップ２８の側方から加わる振動を効率的に吸収させることができる。このため、例えば、ジャイロセンサ等の側方からの力学量を測定するセンサチップ２８では、測定方法からの振動を緩和し、検出精度を高めることが可能である。

請求項５の発明では、緩衝部材２２は可撓性弾性部材からなるため、簡単に収容室１２ａ内に配置することができる。

請求項６の発明では、端子板２０の先端が断面「レ字」状に曲げられているため、外部からの振動を受けセンサチップ２８が収容室１２ａの中で相対的に変位した際に、端子板２０の先端が揺動することでボンディングワイヤ３０に掛かる張力を緩和し、ボンディングワイヤ３０の断線等による故障を防ぐことができる。

請求項７の発明では、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の対向する辺に均等な張力を与えるようボンディングワイヤ３０が接続されているため、回路チップ２４の収容室１２ａ内での位置ずれを防ぎ、一部のボンディングワイヤ３０にのみ大きな張力が加わるのを防ぐことができる。

請求項８の発明では、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の４辺に均等な張力を与えるようボンディングワイヤ３０が接続されているため、回路チップ２４の収容室１２ａ内での位置ずれを防ぎ、一部のボンディングワイヤ３０にのみ大きな張力が加わるのを防ぐことができる。

請求項９の発明では、収容室１２ａ内で緩衝部材２２を介してセンサチップ２８を支持するため、パッケージ１２の外部に防振機構を備えることなく振動による影響を緩和できる。端子針４０を用いて回路チップ２４の端子２４ｔとの接続を取るため、高い接続信頼性を持たせることが可能となる。

請求項１０の発明では、端子針４０がキャビティ１２ａを封止する蓋１４に取り付けられているため、パッケージ１２に蓋１４を取り付けることで、回路チップ２４との接続を取ることができる。

[第１実施形態]
以下本発明の第１実施形態に係るセンサについて図１及び図２を参照して説明する。第１実施形態のセンサは、車載用のジャイロセンサであり、振動式角速度センサチップを用いて車両の方向変化を検出する。
図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るセンサの横断面図であり、図１（Ｂ）は平面図であり、図１（Ａ）は図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面に相当する。図２（Ａ）は、図１（Ａ）中のセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図２（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。

センサ１０は、キャビティ（収容室）１２ａを備えるセラミック製パッケージ１２と、キャビティ１２ａの底部に配置されたゲル状物質（緩衝部材）２２と、ゲル状物質２２の上に載置された回路チップ２４と、回路チップ２４上に接着剤２６を介して搭載された振動式角速度センサチップ２８と、キャビティ１２ａを封止する蓋１４と、回路チップ２４への接続用の端子板２０と、端子板２０に接続されたメタライズ配線１８と、外部接続用の接続ピン１６とからなる。センサチップ２８と回路チップ２４とは、図２（Ｂ）に示すように、センサチップ端子２８ｔと回路チップ端子２４ｔとにボンディングワイヤ３２を渡すことにより接続されている。また、回路チップ２４と端子板２０とは、回路チップの端子２４ｔと端子板の先端２０ａとにボンディングワイヤ３０を渡すことにより接続が取られている。

ゲル状物質２２は、例えば、シリコンゲル、フロロシリコンゲル等の高粘度液体からなる。ボンディングワイヤ３０、３２は、例えば金線からなる。端子板２０は、例えば銅合金等の可撓性を備える金属板からなり、好適には、先端２０ａが断面「レ字」状に曲げられている。端子板２０は、キャビティ１２ａからの延在部分全体で図１（Ａ）中の上下方向へ揺動すると共に、「レ字」の先端２０ａが曲がりの基端を中心に回転方向へ揺動することで、ボンディングワイヤ３０に加わる張力を緩和できるように構成されている。

回路チップ２４は、センサチップ２８からの出力信号から角速度を演算する。この演算の際に、センサチップ２８に角速度が作用したときの基準振動方向と直交する検出方向への変位量が数オングストローム程度であるため、非常に大きなゲインを掛けて角速度を求めている。このため、センサチップ２８に、車両走行中に発生する振動が加わると、算出した角速度に誤差が重畳することになる。

第１実施形態のセンサ１０では、キャビティ１２ａ内でゲル状物質２２を介してセンサチップ２８を搭載する回路チップ２４を支持するため、パッケージ１２の外部に防振機構を備えることなく振動による影響を緩和できる。特に、緩衝部材としてゲル状物質２２を用いるため、パッケージ１２に掛かる振動を吸収してセンサチップ２８が影響を受けなくすることができる。このため、センサ１０により正確に角速度を検出することができる。更に、パッケージ外部にゴム等の防振機構を備える訳ではないので、フレックスケーブルを用いることなく、ピン１６を図示しないソケットに差し込むことで、センサ１０の取り付け及び配線の接続を行うことができる。このため、装置全体を廉価に構成することが可能になる。また、ゴム等の防振機構を備えないので、センサを小型化することができる。

ここで、外部からの振動を受けた際に、ゲル状物質２２を介して支持されたセンサチップ２８は、キャビティ１２ａの中で相対的に変位するが、可撓性を有する端子板２０を介してボンディングワイヤ３０により回路チップ２４へ接続を取ってあるので、端子板２０全体及び先端２０ａが揺動することでボンディングワイヤ３０に掛かる張力を緩和し、ボンディングワイヤ３０の断線等による故障を防ぐことができる。特に、端子板２０の先端２０ａが断面「レ字」状に曲げられているため、外部からの振動を受けセンサチップ２８がキャビティ１２ａの中で相対的に変位した際に、端子板２０の先端２０ａが揺動することでボンディングワイヤ３０に掛かる張力を緩和することができる。

第１実施形態のセンサ１０では、４枚の端子板２０が、矩形形状の回路チップ２４の４辺をそれぞれ指向するように配置されている。即ち、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の４辺に均等な張力を与えるようボンディングワイヤ３０が接続されている。このため、回路チップ２４のキャビティ１２ａ内での位置ずれを防ぎ、回路チップ２４がずれることより、一部のボンディングワイヤ３０にのみに大きな張力が加わり、断線が生じることを防ぐことができる。

[第２実施形態]
引き続き、図３を参照して本発明の第２実施形態について説明する。図３（Ａ）は、第２実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図３（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図であり、図３（Ａ）は図３（Ｂ）のＡ１−Ａ１断面に相当する。
図１、図２を参照して上述した第１実施形態では、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の下部全体にゲル状物質２２が配置された。これに対して、第２実施形態では、ゲル状物質２２が、センサチップ２８の中央部分の直下を避けて配置されている。このため、パッケージ１２に掛かる横方向の振動を効率的に吸収してセンサチップ２８が影響を受けなくすることができる。特に、第２実施形態では、図３（Ａ）中横方向への力学量（角速度）を検出する振動式角速度センサチップを用いているが、回路チップ２４の底面の一部のみがゲル状物質２２に接しているため、横方向に回路チップ２４が動く際のゲル状物質の抵抗が低く、横方向の振動成分をより緩和して、正確に角速度を検出することができる。

第２実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、４枚の端子板２０の内の２枚ずつが、矩形形状の回路チップ２４の側辺を指向するように配置されている。即ち、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の対向する二辺に均等な張力を与えるようボンディングワイヤ３０が接続されている。このため、回路チップ２４のキャビティ１２ａ内での位置ずれを防ぎ、回路チップ２４がずれることより、一部のボンディングワイヤ３０にのみ大きな張力が加わり、断線が生じることを防ぐことができる。第２実施形態の端子板２０の配置は、第１実施形態と比較して、製造が容易である利点がある。

[第３実施形態]
引き続き、図４を参照して本発明の第３実施形態について説明する。図４（Ａ）は、第３実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図４（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。
上述した第１、第２実施形態では、センサチップ２８を搭載する回路チップ２４の下部にゲル状物質２２が配置された。これに対して、第２実施形態では、ゲル状物質２２が、回路チップ２４の側方に配置されている。このため、センサチップ２８の側方から加わる振動を効率的に吸収させることができる。特に、第３実施形態では、図４（Ａ）中横方向への力学量（角速度）を検出する振動式角速度センサチップを用いているが、回路チップ２４の面積的に広い底部がゲル状物質２２に接していないため、横方向に回路チップ２４が動く際のゲル状物質の抵抗が低く、横方向の振動成分をより緩和して、正確に角速度を検出することができる。

[第４実施形態]
図５を参照して本発明の第４実施形態について説明する。図５（Ａ）は、第４実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図５（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。
上述した第１〜第３実施形態では、緩衝部材として高粘度液体であるゲル状物質２２を用いた。これに対して、第４実施形態では、緩衝部材として回路チップ２４の下に固体（可撓性弾性部材）の合成ゴム２３が配置されている。ここで、合成ゴムの代わりに、ウレタンフォーム等の緩衝部材を用いることもできる。第４実施形態では、合成ゴムのキャビティ内への配置が容易で、ゲル状物質を用いるものと比較して廉価に構成できる利点がある。

[第５実施形態]
引き続き、図６を参照して本発明の第５実施形態について説明する。図６（Ａ）は、第５実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図６（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図であり、図６（Ａ）は図６（Ｂ）のＡ２−Ａ２断面に相当する。
第１〜第４実施形態では、ボンディングワイヤ及び端子板を用いて回路チップ２４との接続を取った。これに対して、第５実施形態では、端子針４０の先端を接触させることで回路チップ２４の端子２４ｔと接続を取っている。このため、高い接続信頼性を持たせることが可能となる。

また、第５実施形態では、端子針４０がキャビティ１２ａを封止する蓋１４に取り付けられている。このため、パッケージ１２に蓋１４を取り付けることで、回路チップ２４との接続を取ることができる。

上述した実施形態では、本発明の構成をジャイロセンサに適用した例を挙げたが、本発明の構成は、種々の力学量センサ、更には、圧力センサ等の物理量を検出するセンサにも適用可能である。

図１（Ａ）は本発明の第１実施形態に係るセンサの横断面図であり、図１（Ｂ）は平面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）中のセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図２（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。図３（Ａ）は、第２実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図３（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。図４（Ａ）は、第３実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図４（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。図５（Ａ）は、第４実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図５（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。図６（Ａ）は、第５実施形態に係るセンサの要部を拡大して示す断面図であり、図６（Ｂ）は、センサの蓋を外した状態の平面図である。

符号の説明

１０センサ
１２パッケージ
１２ａキャビティ（収容室）
１４蓋
２０端子板
２０ａ先端
２２ゲル状物質（緩衝部材）
２３合成ゴム（可撓性弾性部材）
２４回路チップ
２８センサチップ
３０ボンディングワイヤ
４０端子針

Claims

センサチップと、センサチップの収容室を備えるパッケージと、可撓性を有し該収容室へ延在する端子板と、前記センサチップと前記端子板とを接続するボンディングワイヤと、前記収容室内でセンサチップを支持する緩衝部材とを備えることを特徴とするセンサ。
前記緩衝部材はゲル状物質からなることを特徴とする請求項１のセンサ。
前記ゲル状物質は、前記センサチップの中央部分の直下を避けて配置されていることを特徴とする請求項２のセンサ。
前記センサチップは回路チップの上に搭載され、前記ゲル状物質が、回路チップの側壁を支持するように配置されていることを特徴とする請求項３のセンサ。
前記緩衝部材は可撓性弾性部材からなることを特徴とする請求項１のセンサ。
前記端子板は、先端が断面「レ字」状に曲げられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１のセンサ。
前記センサチップは矩形形状の回路チップの上に搭載され、該回路チップの対向する辺に均等な張力を与えるよう前記ボンディングワイヤが接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１のセンサ。
前記センサチップは矩形形状の回路チップの上に搭載され、該回路チップの４辺に均等な張力を与えるよう前記ボンディングワイヤが接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１のセンサ。
センサチップと、該センサチップを搭載する回路チップと、該センサチップ及び回路チップの収容室を備えるパッケージと、回路チップの端子と接触する端子針と、前記収容室内でセンサチップを支持する緩衝部材とを備えることを特徴とするセンサ。
前記収容室はパッケージのキャビティからなり、前記端子針が前記キャビティを封止する蓋に取り付けられていることを特徴とする請求項９のセンサ。